1．目的
大型軟件系統開發時，某些Java組件可能涉及到多種數據庫或中間件系統的連接和應用，例如一個數據傳遞組件需要從DB2中讀取數據，並將數據通過中間件WebSphere MQ發送到其他系統，這類組件功能單一，但卻需要連接多種第三方產品，使得程序員的單元測試變的非常不便，程序員不得不注視或修改部分源代碼，或者在本地安裝所需第三方產品。無疑這兩種選擇都是痛苦的。
基於以上的不便，本文開發瞭解析Java Class文件程序，目的是將第三方產品API的Class文件轉換爲Java源文件（不包括Java類的方法實現），在源文件的各種程序所需的方法裏實現一些簡單的語句，例如數據庫連接方法永遠返回true，獲得數據方法永遠返回 ”Hello world” 等，用JDK重新編譯轉換後的Java源文件，來替換真正的API 文件，這樣程序員在UT測試時，無需修改源代碼，也無需安裝任何產品，並且能通過修改替換的API Java源文件實施各種UT測試。
爲了實現以上需求，必須先要了解Java Class文件格式。Java虛擬機識別的class文件格式包含Java虛擬機指令（或者bytecodes）和一個符號表以及其他的輔助信息。本文將使用VC++語言解析Java Class文件符號表，逆向生成Java源代碼結構。如圖1：
圖1
之所以使用VC++而不使用Java的主要是因爲VC++界面開發簡單；運行速度快，不需要虛擬機；需要用指針建立複雜的數據結構。
2．實現
實現該工具的過程如下：
1．解析Class文件，從Class文件中讀取數據並保存到稱爲ClassFile結構體中；
2．解析ClassFile結構體，生成源代碼字符串；
3．將字符串顯示到視圖中。
2.1 解析Class文件
爲實現第1步，首先需要了解Class文件格式規範，參考《Java虛擬機規範》第四章class文件格式，總結class文件的數據結構如圖2。
2.1.1 Class文件格式
Class文件格式ClassFile結構體的C語言描述如下：
struct ClassFile
{
u4 magic; //識別Class文件格式，具體值爲0xCAFEBABE，
u2 minor_version; // Class文件格式副版本號，
u2 major_version; // Class文件格式主版本號，
u2 constant_pool_count; // 常數表項個數，
cp_info **constant_pool;// 常數表，又稱變長符號表，
u2 access_flags; //Class的聲明中使用的修飾符掩碼，
u2 this_class; //常數表索引，索引內保存類名或接口名，
u2 super_class; //常數表索引，索引內保存父類名，
u2 interfaces_count; //超接口個數，
u2 *interfaces; //常數表索引，各超接口名稱，
u2 fields_count; //類的域個數，
field_info **fields; //域數據，包括屬性名稱索引，
//域修飾符掩碼等，
u2 methods_count; //方法個數，
method_info **methods;//方法數據，包括方法名稱索引，方法修飾符掩碼等，
u2 attributes_count; //類附加屬性個數，
attribute_info **attributes; //類附加屬性數據，包括源文件名等。
};
其中u2爲unsigned short，u4爲unsigned long：
typedef unsigned char u1;
typedef unsigned short u2;
typedef unsigned long u4;
cp_info **constant_pool是常量表的指針數組，指針數組個數爲constant_pool_count，結構體cp_info爲
struct cp_info
{
u1 tag; //常數表數據類型
u1 *info; //常數表數據
};
常數表數據類型Tag定義如下：
#define CONSTANT_Class 7
#define CONSTANT_Fieldref 9
#define CONSTANT_Methodref 10
#define CONSTANT_InterfaceMethodref 11
#define CONSTANT_String 8
#define CONSTANT_Integer 3
#define CONSTANT_Float 4
#define CONSTANT_Long 5
#define CONSTANT_Double 6
#define CONSTANT_NameAndType 12
#define CONSTANT_Utf8 1
每種類型對應一個結構體保存該類型數據，例如CONSTANT_Class 的info指針指向的數據類型應爲CONSTANT_Class_info
struct CONSTANT_Class_info
{
u1 tag;
u2 name_index;
};
圖2
CONSTANT_Utf8的info指針指向的數據類型應爲CONSTANT_Utf8_info
struct CONSTANT_Utf8_info
{
u1 tag;
u2 length;
u1 *bytes;
};
Tag和info的詳細說明參考《Java虛擬機規範》第四章4.4節。
access_flags爲類修飾符掩碼，域與方法都有各自的修飾符掩碼。
#define ACC_PUBLIC 0x0001
#define ACC_PRIVATE 0x0002
#define ACC_PROTECTED 0x0004
#define ACC_STATIC 0x0008
#define ACC_FINAL 0x0010
#define ACC_SYNCHRONIZED 0x0020
#define ACC_SUPER 0x0020
#define ACC_VOLATILE 0x0040
#define ACC_TRANSIENT 0x0080
#define ACC_NATIVE 0x0100
#define ACC_INTERFACE 0x0200
#define ACC_ABSTRACT 0x0400
#define ACC_STRICT 0x0800
例如類的修飾符爲public abstract則access_flags的值爲ACC_PUBLIC | ACC_ABSTRACT=0x0401。
this_class的值是常數表的索引，索引的info內保存類或接口名。例如類名爲com.sum.java.swing.SwingUtitlities2在info保存爲com/sum/java/swing/SwingUtitlities2
super_class的值是常數表的索引，索引的info內保存超類名，在info內保存形式和類名相同。
interfaces是數組，數組個數爲interfaces_count，數組內的元素爲常數表的索引，索引的info內保存超接口名，在info內保存形式和類名相同。
field_info **fields是類域數據的指針數組，指針數組個數爲fields_count，結構體field_info定義如下：
struct field_info
{
u2 access_flags; //域修飾符掩碼
u2 name_index; //域名在常數表內的索引
u2 descriptor_index; //域的描述符，其值是常數表內的索引
u2 attributes_count; //域的屬性個數
attribute_info **attributes; //域的屬性數據，即域的值
};
例如一個域定義如下：
private final static byte UNSET=127;
則該域的修飾符掩碼值爲：ACC_PRIVATE | ACC_STATIC | ACC_FINAL=0x001A
常數表內name_index索引內保存數據爲UNSET，常數表內descriptor_index索引內保存的數據爲B（B表示byte, 其他類型參考《Java虛擬機規範》第四章4.3.2節）。attributes_count的值爲1，其中attributes是指針數組。指針數組個數爲attributes_count，在此爲1，attribute_info結構體如下：
struct attribute_info
{
u2 attribute_name_index; //常數表內索引
u4 attribute_length; //屬性長度
u1 *info; //根據屬性類型不同而值不同
};
attribute_info可以轉換(cast)爲多種類型ConstantValue_attribute，Exceptions_attribute，LineNumberTable_attribute，LocalVariableTable_attribute，Code_attribute等。
因爲域的屬性只有一種：ConstantValue_attribute，因此此結構體轉換爲
struct ConstantValue_attribute
{
u2 attribute_name_index; //常數表內索引
u4 attribute_length; //屬性長度值，永遠爲2
u2 constantvalue_index; //常數表內索引，保存域的值
//在此例中，常數表內保存的值爲127
};
method_info **methods是方法數據的指針數組，指針數組個數爲methods_count，結構體method_info定義如下：
struct method_info
{
u2 access_flags; //方法修飾符掩碼
u2 name_index; //方法名在常數表內的索引
u2 descriptor_index; //方法描述符，其值是常數表內的索引
u2 attributes_count; //方法的屬性個數
attribute_info **attributes; //方法的屬性數據，
//保存方法實現的Bytecode和異常處理
};
例如一個方法定義如下：
public static boolean canAccessSystemClipboard(){
...
}
則access_flags的值爲 ACC_PUBLIC | ACC_STATIC =0x0009，常數表內name_index索引內保存數據爲canAccessSystemClipboard，常數表內descriptor_index索引內保存數據爲()Z；(括號表示方法參數，Z表示返回值爲布爾型，詳細說明參照《Java虛擬機規範》第四章4.3.2節)。attribute_info **attributes是方法的屬性指針數組，個數爲attributes_count，數組內保存的是常數表索引，info爲Code_attribute或Exceptions_attribute。
本文不解析方法內容，因此忽略Code_attribute和Exceptions_attribute的內容。
ClassFile結構體中的attribute_info **attributes是附加屬性數組指針，個數爲attributes_count，本文只識別SourceFile屬性。
struct SourceFile_attribute
{
u2 attribute_name_index; //常數表內索引
u4 attribute_length; //屬性長度值，永遠爲2
u2 sourcefile_index; //常數表內索引，info保存源文件名
};
例如com.sum.java.swing.SwingUtitlities2類的源文件名爲SwingUtitlities2.java。
以上是本文需要解析的Class文件格式。
2.1.2 讀取數據
定義CJavaClass類完成解析Class文件，生成Java源程序字符串。使用VC++的MFC類CFile從Class文件讀取數據。例如：用16進制編輯器打開Class文件，如圖3，前4個byte分別是CA FE BA BE，使用CFile::Read(tmp,sizeof(u4))讀取後，tmp的值爲0xBEBAFECA，所以需要位轉換。定義以下方法從文件讀取定長數據：
void readu1(u1 *buff);
void readu2(u2 *buff);
void readu4(u4 *buff);
定義如下方法讀取變長數據。
void readun(void *buff,u4 len)；
讀取的u2和u4的數據需要位轉換：
|
U1 [0] |
|
U1 [1] |
|
U1 [1] |
|
U1 [0] |
|
U2： |
|
U1 [0] |
|
U1 [1] |
|
U1 [3] |
|
U4： |
|
U1 [2] |
|
U1 [3] |
|
U1 [2] |
|
U1 [0] |
|
U1 [1] |
調用void readu4(u4 *buff);後buff的值爲0xCAFEBABE，該值爲ClassFile的magic，識別該文件是Java Class文件。
圖3
magic的後面是Class格式的版本號，圖3的版本爲0x00000030=0.48。版本後面是常數表的元素個數，圖3的常數表的元素個數爲0xD2=210個。常數表的元素個數之後如ClassFile結構體定義的常數表，類信息，接口信息，域信息，方法信息和附加屬性等。
2.2 生成Java源文件
解析Class文件後，生產ClassFile結構體。遍歷該結構體數據，則可根據Java語言規範生成Java源文件。例如根據ClassFile的access_flags值獲得Java類的修飾符，其中access是CArray<CString,CString&>，保存類所有的修飾符：
if((flag & ACC_PUBLIC )==ACC_PUBLIC)
{
access.Add(CString("public"));
}
if((flag & ACC_PRIVATE)==ACC_PRIVATE)
{
access.Add(CString("private"));
}
if((flag & ACC_PROTECTED)==ACC_PROTECTED)
{
access.Add(CString("protected"));
}
…
2.3顯示視圖
將獲得的Java源代碼顯示在MFC的CScrollView視圖非常簡單，可以添加一些關鍵字顏色，例如註釋顯示爲草綠色等，如圖4。
圖4
3．總結
本文根據《Java虛擬機規範》開發瞭解析Java Class文件格式，並生成Java源代碼結構的工具。其優點是：
1．脫離Java 虛擬機或Java開發環境；
2．可查閱沒有Java源代碼的Class文件的內容；
3．爲一些複雜的Java Jar包生成相同類名的替代類，方便開發調試。例如，用返回固定字符串的java源文件更換需要網絡鏈接的相同java類，有助於本地運行與調試。
缺點是：
1．由於沒有反編譯Bytecode，工具生成的部分Java源文件需要手動添加一些Java屬性值；
2．Java源文件內的所需要使用的Java方法內容需要程序員手動實現。